JPH03205543A - エンジンの吸気管内に残留する燃料量の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンの吸気ポートに供給される燃料が直
ちに吸気バルブから燃焼室内に入らないで、一部が吸気
ポートの壁等に付着して残留している量を、運転中に正
確に計測するための残留燃料量の測定装置に関する。

〔従来の技術〕

エンジンの吸気ポートの壁等に付着している燃料は、壁
面を濡らす膜のような形で存在するものと考えられ、膜
の厚さは一様ではないし、フユエルインジェクタの噴射
は断続して行なわれ、その表面を流れる空気流も吸気バ
ルブの開閉によって一様の流れではあり得ないから、そ
のような変動状態にある吸気ポートの中に残っている僅
かな量の燃料を計量することは容易なことではなく、従
来は燃料がもっとも付着しやすい部分である吸気弁等に
堆積したデポジットの量を検出して付着燃料を間接的に
推定するもの（実開昭６３−１２１７４６号公報）が知
られるのみで、付着燃料量を直接検出する適当な手段が
開発されていなかったのが実情である。

［発明が解決しようとする課題］ エンジン過渡時、低温時のドライバビリティ向上、及び
排気規制強化への対応として、過渡時空燃比制御性の向
上は重要な課題である。空燃比制御性の悪化をもたらす
原因として、フユエルインジエクタから噴射された燃料
のうち、かなりの部分が吸気ポート壁面に付着し、シリ
ンダー筒内への流入が遅れることが挙げられる。つまり
、燃料噴射量を正しく計測していても、現実にエンジン
の燃焼室に供給される燃料の量は燃料噴射量と同じでは
ないため、空燃比に狂いが生じるためである。このため
壁面残留燃料量を運転中に正確に検出し、その量を勘案
して空燃比のフィードハック制御を行うようにすれば、
過渡時空燃比の制御性を大幅に向上させることができる
。ところが従来は、吸気ポートの残留燃料の量をエンジ
ンの運転中に正確に測定する手段が知られておらず、そ
の開発が待たれていた。

従って、本発明は吸気ポートの残留燃料量を正確に計測
することができる測定装置を開発し、過渡時空燃比制御
性の改善等に役立てることを発明が解決しようとする課
題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記の課題を解決するために、エンジンの吸気
管内へマイクロ波を発信するマイクロ波発信手段と、前
記吸気管内を伝播したマイクロ波を受信するマイクロ波
受信手段と、前記マイクロ波発信手段及び前記マイクロ
波受信手段の上流の前記吸気管内にマイクロ波を遮断し
て空気のみを通すマイクロ波の遮断壁とを設け、前記マ
イクロ波遮断壁と前記エンジンの吸気バルブの間の吸気
ポートに残留した燃料量を、前記マイクロ波受信手段が
受信するマイクロ波の信号に現われる共振周波数の変化
量から計測することを特徴とするエンジンの吸気管内に
残留する燃料量の測定装置を提供する。

〔作　用〕

エンジンが運転されたとき、吸気バルプが閉じている状
態では、エンジンの吸気ポートは上流側がマイクロ波の
遮断壁によって仕切られることにより一定の形状、容積
を有するマイクロ波共振空胴を形威し、特定のマイクロ
波共振周波数を有するようになる。この共振周波数は、
共振空胴である吸気ポートの中にある物質とその量によ
って変化する性質を有する。共振空胴が空気のみで満さ
れている状態の共振周波数に対し、残留燃料のガソリン
等が存在すると共振周波数は低い方へずれる傾向があり
、その程度は残留燃料の量に対応することが判った。

そこで、共振空洞である吸気ポート内へマイクロ波発信
手段によって周波数が変化するマイクロ波を発射すると
、残留燃料がない空気だけのときにみられた共振周波数
にくらべて、残留燃料の量に応じた分だけ低い周波数の
共振周波数がマイクロ波受信手段によって観測されるか
ら、この共振周波数の差によって残留燃料の量を計測す
ることができる。

〔実施例〕

本発明の測定装置の基本構戒を第１図に示す。

この図では本発明の測定装置を残留燃料の計測対象であ
るエンジンに装着した状態を示している。

１はエンジンであり、本実施例では燃料噴射方式のもの
を示してある。２はエンジンのヘッド部に装着された吸
気管、３は吸気ポート、４は吸気パルブ、５は燃料を噴
射するインジェクタ、６は排気バルブである。そして１
０が本発明によるセンサが検出する対象である残留燃料
であり、インジェクタ５から噴射されエンジンのシリン
ダに吸引されずに・残留したり、噴射されてから吸引さ
れるまでの間残留するものである。２０は本発明による
残留燃料の測定装置であり、以下にその構戒を示す。２
１はマイクロ波発信器であり、２２は発信用アンテナで
ある。これらにより吸気管２と吸気ポート３内にマイク
ロ波が発信される。２３は受信用アンテナであり、２４
は受信器、２５は信号検出器である。発信、受信アンテ
ナ２２．２３の上流部には仕切板たる所定の網目の金綱
２６が挿置してある。金網２６はエンジンへの吸入空気
を自由に流通せしめる一方、測定に使用するマイクロ波
は通過せしめないよう充分高いカットオフ周波数を有す
るようにその網目の大きさ等を考慮してある。これによ
り吸気管２と吸気ポート３は吸気パルブ４と金Ｗ４２６
によって囲まれたマイクロ波共振空洞となる。

次に第１図に示したエンジン１と測定装置２０の作動を
説明する。インジェクタ５から噴射されたｆｆｌ料は直
接エンジンのシリンダに吸入されるものと、吸気ハルブ
４と吸気ポート３付近に残留する残留燃料１０とに分れ
る。一方空気は金網２６を通過して吸気管２、吸気ポー
ト３を経由して吸気バルブ４の開弁時に吸入される。こ
こで吸気バルブ４の閉弁時には吸気管２と吸気ポート３
に設けた金！ｉｌ２６によって囲まれた領域がマイクロ
波共振空洞となる。従って発信用アンテナ２２からマイ
クロ波を発信すると所定の周波数において共振状態とな
り、受信用アンテナ２３には共振の強さに応じた受信強
度の信号が得ら、れる。そこでマイクロ波発振器２１の
発振周波数をスイーブすると第２図の実線で示すような
出力信号が、受信用アンテナ２３、受信器２４、及び信
号検出器２５によって得られる。出力のピークが得られ
る周波数をｆ。とし、これが燃料残留の無い状態（空気
のみの場合）であれば、ｆ０が燃料の残留が無い状態で
の共振周波数となる。

次にある量の燃料が吸気ポートに付着した場合を考える
。マイクロ波共振空胴の共振周波数を決定する要因の一
つに空胴内の平均比誘電率がある。

すなわち比誘電率が小さければ共振周波数は高くなり、
比誘電率が大きければ共振周波数は低くなる。ここで空
気の比誘電率は約１であり、燃料であるガソリンの比誘
電率は約２である。従って吸気ポート３に残留燃料１０
が存在した場合、吸気ポートの金網２６と吸気バルブ４
の間のマイクロ波共振空胴内の平均比誘電率は、残留燃
料１０が存在しない空気のみの場合に比べて大きくなる
。

たとえば共振空胴の容積を１５０ｃｃとし、この中に０
．　１　ｃｃの残留燃料が存在したとすると、それぞれ
の比誘電率は残留燃料が存在しない場合が１なのに対し
て、残留燃料が存在する場合は１．０００６７となる。

その結果第２図の破線で示したように共振周波数は空気
だけの場合のｆ０よりも低くなってｆ，となる。このｆ
０とｆ，の差ｆｏ−ｆ，＝ｄｆが残留燃料１０の残留量
と相関を持つことが判った。

実際の計測結果を第３図に示す。直列６気筒３０００ｃ
ｃのＭＰＩ（マルチポイント・インジェクション）エン
ジンにて、８メッシュ／インチ（２５．４閣）の金網２
６を吸気バルブ４から約２００ｍｍの位置に取り付けた
。この状態でマイクロ波発振器２ｌの発振周波数をスイ
ーブすると第２図に示したような共振周波数がいくつか
存在する。これらのうちで残留燃料量に対する周波数変
化量ｄｆの大きな共振周波数について変化量特性を計測
したものが第３図である。残留燃料が存在しない状態で
の共振周波数が９，８７６ＧＨｚと９．７４０ＧＨｚの
２つの周波数が０．　５　ｃｃの残留燃料によりそれぞ
れ約０．５ＭＨｚと０．６Ｍ｝ｌｚ低周波側に変化する
。従ってこのグラフによって逆に共振周波数の変化量か
ら残留燃料１０の残留量を求めることができる。

なお、共振周波数の変化量は共振空胴内にある流体の温
度によって変化するから、その温度が常温に比して著し
く高い時は、温度補正を行な・う必要がある。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第１の実施例の第３図の特性に示したごとく、吸気ポー
トを空胴共振器としたときの共振周波数の変化量ｄｆは
、付着した残留燃料の量によって決まる。しかし第３図
の特性は燃料の付着位置が同一位置の場合であり、付着
位置が変化した場合にはその特性も変化する。すなわち
同量の残留燃料でも、電束密度の小さい場所に付着する
と周波数変化量ｄｆも少なくなり、電東密度の大きい場
所に付着すると周波数変化量ｄｆも大きくなる。そして
両者の差は付着位置を要因とする検出誤差となる。そう
した電東密度の空胴共振器内での分布を１次から６次ま
でのモードについて第４図〜第９図に示す。このことか
らわかるように燃料の付着位置が変化する場合、一つの
周波数のみであれば必ず電東密度分布は第４図〜第９図
に示したような分布をとり、付着位置により周波数変化
量ｄｆが大きく変化する。

そこで本実施例では、この付着位置による検出誤差を小
さくするために、複数の共振周波数の出力を平均処理す
る。

すなわち、演算式として、 １ ｆ　Ａ　＝　　（Ｌ　＋ｆｚ　＋ｆｓ　＋ｆ４＋ｆｓ）
　　　一−−−〜−−（ｌ）５ を用い、前述の実施例のように吸気ポートに空胴共振器
を構戒して共振周波数の変化量から吸気ポート内の残留
燃料量を測定する方法において、複数の共振周波数の周
波数変化量の平均をとることにより、付着位置による検
出誤差を少なくすることができる。

具体例を第１０図に示す。第１０図は第４図〜第８図の
１次から５次モードの共振周波数の平均をとったもので
ある。一つの周波数のみの場合に比べ、電東密度が平均
化され、空胴共振器の位置に関して安定している。

さらに本実施例において、平均をとる複数の共振周波数
については、奇数次モードもしくは奇数次モードと偶数
次モードの平均をとることが良い。

理由は偶数次モードのみの場合、第１１図に示すごとく
位置が一致する場所（第１１図横軸の中間点）が発生し
、そこでは電東密度分布が大きく変化し検出誤差が大き
くなるからである。

さらに本実施例において、周波数変化量の平均をとる場
合、それぞれの共振周波数により周波数変化量に重み係
数を乗じて求めると、より検出誤差を少くすることがで
きる。理由は、燃料付着による共振周波数変化量を決定
する主要因は、燃料の付着量と付着位置と共振周波数で
ある。一つの共振周波数について、共振周波数の変化量
は共振周波数に対する比率で決まるため、同一付着量、
付着位置でも共振周波数が高ければ、周波数変化量は大
きくなる。従って平均計算に用いた全ての共振周波数に
ついて、周波数変化量ｄｆが共振周波数ｆに対する比率
ｄｆ／ｆで得られるようにすれば、変化量は共振周波数
に依存しな《なる。すなわち、 ｆ＠ＶＱ １ 一−（Ｋ，・ｄｆｌ＋ＫＺ・ｄｆ２＋Ｋ，・ｄｆｉ＋Ｋ
４・ｄｆ．＋Ｋ５・ｄｒｓ）５ （２） （２）式は一般的な重み係数による１次から５次モード
の周波数変化量に対する平均演算の式であり、（３）式
は１次から５次モードの周波数変化比率に対する平均演
算の式である。

そして、ｆａｖａの値と残留燃料量との対応関係を実験
的に調べて、第３図のようなグラフを作り、これをコン
ピュータのＲＯＭにマップとして設定しておき、第１図
に示したようなエンジン１に取付けられた測定装置２０
の信号検出器２５から得られる共振周波数のデータの平
均値をコンピュータで計算すると共に、前記のマップを
照合してその時の残留燃料量をリアルタイムに算出する
ことができる。このような計算は車載用のコンビュータ
（マイクロプロセッサ）によって十分実行することがで
きるから、走行中に絶えずエンジンの吸気管内に残留す
る燃料を計測しながら、エンジンの空燃比を最適制御す
ることが可能となる。

次に本発明の第３の実施例について説明する。

第１２図は６気筒エンジンのバルブ開閉タイミングを示
したものである。各気簡の斜線の位置にて吸入バルブが
開いている。ここで第１図に示すように吸気ポートに形
威される空胴共振器は吸気パルブ４、金網２６、吸気管
２、吸気ポート３に囲まれることによって威立する。吸
気バルプ４が開いている第１２図の斜線で示した部分で
は空胴共振器からマイクロ波が漏れてしまい、受信アン
テナ２３から正常な信号を検出することができなくなる
。従って第３実施例はエンジン吸気ポートの燃料付着量
をマイクロ波にて検出する本発明による測定装置を、エ
ンジンの回転に同期させ、かつ吸気バルブが閉じたタイ
ξングにおいてｌサイクルに１回づつ作動させる。その
ために計測のタイミングをエンジンのカム軸によってと
ることにする。このようにすることにより、安定かつ継
続して残留燃料を測定、検出することができるが、これ
は必ずしもカム軸に新たなカムやカムフォロヮ等を設け
ることを意味するのではなく、たとえば、ディストリビ
ュー夕のブレーカポイントやピックアップコイルが発生
する点火信号等を本発明の測定装置における計測サイク
ルの基準信号に利用することを含む。もし、エンジンの
点火信号を計測の基準信号とする場合は、残留燃料の計
測が可能となるのは点火時期ではなく、それよりもクラ
ンク角にして１８０゜程早い吸気弁の閉弁時期であるか
ら、丁度その頃に点火時期の来る他の気筒（例．１番気
筒に対して４番気筒）の点火信号を利用すればよい。

〔発明の効果］ 本発明の測定装置によれば、運転中のエンジンの吸気ポ
ートに残留している燃料の量を、変動する運転条件の下
でもリアルタイムに計測することができるので、電子制
御装置によって前記計測と同時にエンジンに供給する燃
料あるいは空気量の制御を行なわせるようにすれば、残
留燃料の量を考慮に入れた非常に精度の高い制御を実現
することが可能となる。したがって、エンジンは最適の
条件で運転されることになるので、それを搭載した車両
では、応答性よく高出力を発生することによって、過渡
時や低温時にもすぐれたドライバビリティが得られる。

また、空燃比について精度の高い制御が可能となること
から、きびしい排気ガス規制にも容易に対応可能となる
し、燃費率も改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の基本構或を示す概念図、第２
図は本発明の原理を説明するための線図、第３図は残留
燃料量と共振周波数の変化量との関係を実測した結果を
示す線図、第４図ないし第９図は第２の実施例を説明す
るために、共振周波数の変化量に影響を与える共振空胴
内の電東密度の分布をｌ次から６次について示した線図
、第ｌＯ図は電束密度を平均化した第２の実施例を示す
線図、第１１図はデータの選択の仕方によって電束密度
が平均化されない悪い例を示す線図、第１２図は第３の
実施例を示すための６気筒エンジンの各行程を示すタイ
ムチャートである。 ｌ・・・エンジン、　　　　　２・・・吸気管、３・・
・吸気ポー１・、　　　４・・・吸気バルブ、５・・・
フユエルインジエクタ、６・・・排気バルブ、１０・・
・残留燃料、　　　　２０・・・測定装置、２１・・・
マイクロ波発信器、２２・・・発信用アンテナ、２３・
・・受信用アンテナ、　２４・・・受信器、２５・・・
信号検出器、　　　　２６・・・金網、ｄｆ・・・共振
周波数の変化量、 ｆ．・・・燃料残留がない時の共振周波数、ｆ，・・・
燃料残留がある時の共振周波数。 第 １ 図 ２６・・・金網 共振器 共振器位置ｐ 第 ４ 図 共振器位置ｐ 第 ５ 図 共振器 共振器位置２ 第 ６ 図 共振器位置１ 第 ７ 図 共振器 共振器位置９ 第 ８ 図 共振器位置ｇ 第 ９ 図 共振器位置 Ω 第１０図 共振器位置ノ 第 １１ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジンの吸気管内へマイクロ波を発信するマイク
   ロ波発信手段と、前記吸気管内を伝播したマイクロ波を
   受信するマイクロ波受信手段と、前記マイクロ波発信手
   段及び前記マイクロ波受信手段の上流の前記吸気管内に
   マイクロ波を遮断して空気のみを通すマイクロ波の遮断
   壁とを設け、前記マイクロ波遮断壁と前記エンジンの吸
   気バルブの間の吸気ポートに残留した燃料量を、前記マ
   イクロ波の受信手段が受信するマイクロ波の信号に現わ
   れる共振周波数の変化量から計測することを特徴とする
   エンジンの吸気管内に残留する燃料量の測定装置。